Quem nunca sentiu uma pontada de culpa ao ver frutas e vegetais esquecidos na geladeira estragarem enquanto pessoas passam fome pelo mundo? O problema do desperdício de alimentos vai muito além das nossas saladas. Mais de 30% dos alimentos do mundo são perdidos após a colheita — o suficiente para alimentar mais de 1 bilhão de pessoas. A refrigeração é a forma mais comum de conservar alimentos, mas exige energia e infraestrutura que muitas regiões do mundo não podem pagar ou às quais não têm acesso.
Agora, pesquisadores do MIT e da Aliança Singapura-MIT para Pesquisa e Tecnologia (SMART) demonstraram que podem estender a vida útil de plantas colhidas injetando melatonina nelas usando microagulhas biodegradáveis. Os pesquisadores acreditam que seu sistema pode oferecer uma alternativa ou complemento à refrigeração. No centro de sua abordagem estão as microagulhas de seda. As microagulhas conseguem penetrar a casca dura e cerosa das plantas sem causar uma resposta de estresse e fornecer quantidades precisas de melatonina aos tecidos internos das plantas.
“Esta é a primeira vez que conseguimos aplicar essas microagulhas para estender a vida útil de uma safra recém-cortada”, afirma Benedetto Marelli, autor sênior do estudo, professor associado de engenharia civil e ambiental no MIT e diretor da missão Wild Cards do Projeto Climático do MIT. “Achamos que poderíamos usar essa tecnologia para desenvolver algo que pudesse regular ou controlar a fisiologia pós-colheita da planta. Por fim, analisamos os hormônios, e a melatonina já é usada pelas plantas para regular essas funções. Os alimentos que desperdiçamos poderiam alimentar cerca de 1,6 bilhão de pessoas. Mesmo nos EUA, essa abordagem poderá um dia expandir o acesso a alimentos saudáveis.”
Para o estudo, publicado na Nano Letters, Marelli e pesquisadores da SMART aplicaram pequenas porções de microagulhas contendo melatonina na base do vegetal folhoso pak choy. Após a aplicação, os pesquisadores descobriram que a melatonina foi capaz de estender a vida útil dos vegetais em quatro dias em temperatura ambiente e 10 dias quando refrigerados, o que pode permitir que mais safras cheguem aos consumidores antes de serem desperdiçadas. “O desperdício pós-colheita é um problema enorme. Esse problema é extremamente grave em mercados emergentes na África e no Sudeste Asiático, onde muitas culturas são produzidas, mas não podem ser mantidas durante o trajeto das fazendas aos mercados”, afirma Sarojam Rajani, coautor sênior do estudo e pesquisador principal sênior do Laboratório de Ciências Biológicas Temasek, em Singapura.
O segredo da longevidade vegetal
Há anos, o laboratório de Marelli explora o uso de microagulhas de seda para fins como o fornecimento de nutrientes às plantações e o monitoramento da saúde das plantas. As microagulhas feitas de proteína de fibroína de seda são atóxicas e biodegradáveis, e trabalhos anteriores de Marelli descreveram maneiras de fabricá-las em larga escala. Para testar a capacidade das microagulhas de prolongar a vida útil dos alimentos, os pesquisadores queriam estudar sua capacidade de liberar um hormônio conhecido por afetar o processo de senescência. Além de ajudar os humanos a dormir, a melatonina também é um hormônio natural presente em muitas plantas que as ajuda a regular o crescimento e o envelhecimento.
“A dose de melatonina que estamos fornecendo é tão baixa que é totalmente metabolizada pelas culturas, portanto, não aumentaria significativamente a quantidade de melatonina normalmente presente nos alimentos; não ingeriríamos mais melatonina do que o habitual”, diz Marelli. “Escolhemos o pak choi porque é uma cultura muito importante na Ásia e também porque o pak choi é muito perecível.” A colheita do pak choy é tipicamente feita cortando-se a planta folhosa do sistema radicular, expondo a base do broto, que fornece fácil acesso aos feixes vasculares que distribuem água e nutrientes para o restante da planta. Para iniciar o estudo, os pesquisadores primeiro usaram suas microagulhas para injetar um corante fluorescente na base, a fim de confirmar se a vasculatura conseguia espalhar o corante por toda a planta.
Os pesquisadores então compararam a vida útil de plantas de pak choy comuns e plantas que foram pulverizadas ou mergulhadas em melatonina, não encontrando nenhuma diferença. Com a vida útil estabelecida, os pesquisadores aplicaram manualmente pequenas áreas das microagulhas preenchidas com melatonina na base das plantas de pak choi. Em seguida, armazenaram as plantas tratadas, juntamente com os controles, em caixas plásticas, tanto em temperatura ambiente quanto sob refrigeração.
A equipe avaliou as plantas monitorando seu peso, aparência visual e concentração de clorofila, um pigmento verde que diminui à medida que as plantas envelhecem. À temperatura ambiente, as folhas do grupo controle não tratado começaram a amarelar em dois ou três dias. No quarto dia, o amarelamento acelerou a ponto de as plantas provavelmente não poderem ser vendidas. As plantas tratadas com as microagulhas de seda com melatonina, por outro lado, permaneceram verdes no quinto dia, e o processo de amarelamento foi significativamente retardado. A perda de peso e a redução da clorofila das plantas tratadas também diminuíram significativamente à temperatura ambiente. No geral, os pesquisadores estimaram que as plantas tratadas com microagulhas mantiveram seu valor de venda até o oitavo dia.
“Vimos claramente que poderíamos aumentar a vida útil do pak choy sem a cadeia de frio”, diz Marelli. Em condições de refrigeração de cerca de 40 graus Fahrenheit, o amarelecimento das plantas foi retardado em cerca de cinco dias em média, com as plantas tratadas permanecendo relativamente verdes até o dia 25. “A análise espectrofotométrica das plantas indicou que as plantas tratadas tinham maior atividade antioxidante, enquanto a análise genética mostrou que a melatonina desencadeou uma reação em cadeia protetora dentro das plantas, preservando a clorofila e ajustando os hormônios para retardar a senescência”, diz Monika Jangir, coautora e ex-pós-doutoranda no Laboratório de Ciências Biológicas Temasek. “Estudamos os efeitos da melatonina e vimos que ela melhora a resposta da planta ao estresse após o corte, o que basicamente diminui o estresse que a planta experimenta, e isso estende sua vida útil”, diz Yangyang Han, coautor e cientista pesquisador do grupo de pesquisa interdisciplinar Tecnologias Disruptivas e Sustentáveis para Precisão Agrícola (DiSTAP) da SMART.
Rumo à preservação pós-colheita
Embora as microagulhas possam minimizar o desperdício em comparação com outros métodos de aplicação, como pulverização ou imersão nas plantações, os pesquisadores afirmam que mais trabalho é necessário para implantá-las em larga escala. Por exemplo, embora os pesquisadores tenham aplicado os adesivos de microagulhas manualmente neste experimento, eles poderão ser aplicados com tratores, drones autônomos e outros equipamentos agrícolas no futuro. “Para que isso seja amplamente adotado, precisaríamos atingir um patamar de desempenho versus custo que justificasse seu uso”, explica Marelli. “Esse método precisaria se tornar barato o suficiente para ser usado regularmente pelos agricultores.”
No futuro, a equipe de pesquisa planeja estudar os efeitos de uma variedade de hormônios em diferentes culturas, utilizando sua tecnologia de aplicação de microagulhas. A equipe acredita que a técnica funcionará com todos os tipos de produtos. “Continuaremos analisando como podemos aumentar o impacto que isso pode ter no valor e na qualidade das culturas”, diz Marelli. “Por exemplo, isso poderia nos permitir modular os valores nutricionais da cultura, seu formato, sua textura, etc.? Também continuaremos buscando ampliar a escala da tecnologia para que isso possa ser usado no campo.”
